物理力学第四版答案

第一章 热力学的基本规律

1.1 试求理想气体的体胀系数 ,压强系数 和等温压缩系数 。 解：已知理想气体的物态方程为

pV nRT, （1）

由此易得

1 V nR1

, （2）

V T ppVT

1 p nR1

, （3）

p T VpVT

T . （4） V p T V p2 p

1 V 1 nRT 1

1.2 证明任何一种具有两个独立参量T,p的物质，其物态方程可由实验测得的体胀系数 及等温压缩系数 ，根据下述积分求得：

lnV= αdT κTdp

如果 , T

1

T1

，试求物态方程。 p

解：以T,p为自变量，物质的物态方程为

V V T,p ,

其全微分为

V V

dV dT dp. （1）

T p p T

全式除以V，有

dV1 V 1 V dT dp. VV T pV p T

根据体胀系数 和等温压缩系数 T的定义，可将上式改写为

1

dV

dT Tdp.

第一章 热力学的基本规律

1.1 试求理想气体的体胀系数?,压强系数?和等温压缩系数??。 解：已知理想气体的物态方程为

pV?nRT, （1）

由此易得

??1??V?nR1??, （2） ??V??T?ppVT1??p?nR1??, （3） ??p??T?VpVT???T??????????2??. （4） V??p?T?V??p?p1??V??1??nRT?11.2 证明任何一种具有两个独立参量T,p的物质，其物态方程可由实验测得的体胀系数?及等温压缩系数??，根据下述积分求得：lnV=??αdT?κTdp?如果??,?T?解：以T,p为自变量，物质的物态方程为V?V?T,p?, 其全微分为

??V???V?dV??dT???dp. （1） ???T?p??p?T1T1，试求物态方程。 p全式除以V，有

dV1??V?1??V???dT???dp. ?VV??T?pV??p?T根据体胀系数?和等温压缩系数?T的定义，可将上式改写为

dV??dT??Tdp. （2） V上

2 — 1 已知某种物质的密度??2.94g/cm3，试求它的相对密度d。 2—2

2已知某厂

,

21号炉水平烟道中烟气组成的百分数为

,

?co?13.5%?so?0.3%?o?0.3%2,

?N?0.3%?HO?0.3"，

3试求烟气的密度。 [1.341kg/cm] 2—4 当压强增量为5000Pa时，某种液体的密度增长0.002%。试求该液体的体积模量。 [2.5?10Pa] 2—6 充满石油的油槽内的压强为4.9?10Pa，今由槽中排出石油40Kg，使槽内压强降到

559.8067?104Pa，设石油的体积模量K=1.32?109Pa。试求油槽的体积。

2—9 动力黏度为2.9?10Pa?S、密度为678Kg/m3的油，其运动黏度等于多少？ [4.28?10m

第二章 土的物理性质和工程分类

2.1解：运用已知条件，按照土的三相关系，求出三相值，再按照各个参数的定义求得参数 已知：M=95.15g Ms=75.05g Mw=95.15-75.05=20.1g V=50cm3，

Gs=Ms/Vs=2.67

有：ρ=M/V=1.9 g/cm3； ρd=Ms/V=1.5 g/cm3； ω=Mw/Ms=0.268=26.8% 因为Mw=95.15-75.05=20.1g，ρw=1 g/cm3；所以Vw=20.1cm3； 由Gs=Ms/Vs=2.67，推出：Vs= Ms/2.67=75.05/2.67=28.1cm3； Vv=V-Vs=50-28.1=21.9 cm3；Va=Vv-Vw=21.9-20.1=1.8 cm3； 天然密度ρ=M/V=1.9 g/cm3； 干密度ρd=Ms/V=1.5 g/cm3；

饱和密度ρsat=(Mw+Ms+Va×ρw)/V=(20.1+75.05+1.8×1)/50=1.94 g/cm3； 天然含水率ω=Mw/Ms=0.268=26.8% 孔隙比e=Vv/Vs= 21.9/28.1=0.78 孔隙度n=Vv/V=21.9/500

第一章 气体的pVT性质

1.1 物质的体膨胀系数

与等温压缩率

的定义如下

试推出理想气体的

，

与压力、温度的关系。

解：根据理想气体方程

1.5 两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结，泡内密封着标准状态下的空气。若将其中的一个球加热到 100 ?C，另一个球则维持 0 ?C，忽略连接细管中气体体积，试求该容器内空气的压力。

解：由题给条件知，（1）系统物质总量恒定；（2）两球中压力维持相同。 标准状态：

因此，

1.9 如图所示，一带隔板的容器内，两侧分别有同温同压的氢气与氮气，二者均可视为理想气体。

（1） 保持容器内温度恒定时抽去隔板，且隔板本身的体积可忽略不计，试 求两种气体混合后的压力。

（2） 隔板抽取前后，H2及N2的摩尔体积是否相同？

（3） 隔板抽取后，混合气体中H2及N2的分压立之比以及它们的分体积各为若干？

解：（1）等温混合后

即在上述条件下混合，系统的压力认为。 （2）混合气体中某组分的摩尔体积怎样定义？ （3）根据分体积的定义

对于分压

1.11 室温下一高压釜内有常压的空

2 — 1 已知某种物质的密度??2.94g/cm3，试求它的相对密度d。 2—2

2已知某厂

,

21号炉水平烟道中烟气组成的百分数为

,

?co?13.5%?so?0.3%?o?0.3%2,

?N?0.3%?HO?0.3"，

3试求烟气的密度。 [1.341kg/cm] 2—4 当压强增量为5000Pa时，某种液体的密度增长0.002%。试求该液体的体积模量。 [2.5?10Pa] 2—6 充满石油的油槽内的压强为4.9?10Pa，今由槽中排出石油40Kg，使槽内压强降到

559.8067?104Pa，设石油的体积模量K=1.32?109Pa。试求油槽的体积。

2—9 动力黏度为2.9?10Pa?S、密度为678Kg/m3的油，其运动黏度等于多少？ [4.28?10m

第一章 气体的pVT性质

1.1 物质的体膨胀系数

与等温压缩率

的定义如下

试推出理想气体的

，

与压力、温度的关系。

解：根据理想气体方程

1.5 两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结，泡内密封着标准状态下的空气。若将其中的一个球加热到 100 ?C，另一个球则维持 0 ?C，忽略连接细管中气体体积，试求该容器内空气的压力。

解：由题给条件知，（1）系统物质总量恒定；（2）两球中压力维持相同。

标准状态：

因此，

1.9 如图所示，一带隔板的容器内，两侧分别有同温同压的氢气与氮气，二者均可视为理想气体。

（1） 保持容器内温度恒定时抽去隔板，且隔板本身的体积可忽略不计，试

求两种气体混合后的压力。

（2） 隔板抽取前后，H2及N2的摩尔体积是否相同？

（3） 隔板抽取后，混合气体中H2及N2的分压立之比以及它们的分体积各为若干？

解：（1）等温混合后

即在上述条件下混合，系统的压力认为。

（2）混合气体中某组分的摩尔体积怎样定义？

（3）根据分体积的定义

对于分压

1.11

第八章 相量法

求解电路的正弦稳态响应，在数学上是求非齐次微分方程的特解。引用相量法使求解微分方程特解的运算变为复数的代数运运算，从儿大大简化了正弦稳态响应的数学运算。

所谓相量法，就是电压、电流用相量表示，RLC元件用阻抗或导纳表示，画出电路的相量模型，利用KCL,KVL和欧姆定律的相量形式列写出未知电压、电流相量的代数方程加以求解，因此，应用相量法应熟练掌握：（1）正弦信号的相量表示；（2）KCL,KVL的相量表示；（3）RLC元件伏安关系式的相量形式；（4）复数的运算。这就是用相量分析电路的理论根据。

8－1 将下列复数化为极坐标形式：

（1）F1??5?j5；（2）F2??4?j3；（3）F3?20?j40； （4）F4?j10；（5）F5??3；（6）F6?2.78?j9.20。 解：（1）F1??5?j5?a?? a?(?5)2?(?5)2?52 ??arctan?5??135?(因F1在第三象限) ?5故F1的极坐标形式为F1?52??135?

（2）F2??4?j3?(?4)2?32?arctan(3?4)?5?143.13?（F2在第二

第四章 电路定理

电路定理是电路理论的重要组成部分，为我们求解电路问题提供了另一种分析方法，这些方法具有比较灵活，变换形式多样，目的性强的特点。因此相对来说比第三章中的方程式法较难掌握一些，但应用正确，将使一些看似复杂的问题的求解过程变得非常简单。应用定理分析电路问题必须做到理解其内容，注意使用的范围、条件，熟练掌握使用的方法和步骤。需要指出，在很多问题中定理和方程法往往又是结合使用的。 4-1 应用叠加定理求图示电路中电压uab。

解：首先画出两个电源单独作用式的分电路入题解4-1图（a）和（b）所示。

对（a）图应用结点电压法可得

115sint (1??)un1?32?115sint?3sintV 解得 un1?53u11(1)uab?n1?1?un1??3sint?sintV

2?133对（b）图，应用电阻的分流公式有

i?11?t??e1153?2?1?13e?tA

1(2)所以 uab?1?i?e?t?0.2e?tV

51)(2)?tsint?0.2e故由叠加定理得 uab?u(ab?uab?V

4-2 应用叠加定理求图示电路中电压u。

解：画出电源分别作用的分电路如题解（a）和（b

13214331441550660774890911410126

2

1(1)N(2)N

(3)PN(4)

(5)P(()())()RGS(6)N()MOSUGS()(l)PN

A.

(3)

A.

(4)UGS

=0V

A.Tl.3

UD=0.7VT1.3

UO1=1.3V,UO2=0V,UO3=-1.3V,UO4=2V,UO5=1.3V,UO6=-2V

UZ=6VIZmin=5mATl.4

3

UO1U

O2

(a)T1.4

UO1=6V

UO2=5VT1.5

(1)Rb=50k

(2)T

(1)IBUo=?Rb=?VCC=15V(b)100UBE=0.7Vb26

AICB2.6mA,ICRc

ICSUOVCC(2)

2V2.86mAT1.5c

BSIBSICS/28.6A

Rb45.5kTl.6

MOS4

Tl.61.1(l)

A.(2)A.(3)

2mA

A.83

(4)

A.B.B.IBC)B.91IDC.12uA22uAIClmA(A)B.NC.(C)PC.1002mA4mAC.,gm(A)1.2P1.2ui10sin(V)uiuo

P1.2P1.2

uiuoPl.21.3P1.3ui5sin(V)UD=0.7Vuiuo5

P1.3Pl.31.4P1.4uiP1.3,UD=0.7V,10mVUT26mVC